摘要

KDP（磷酸二氢钾，KH2PO4）晶体是一种性能优良的电光非线性光学晶体，具有较大的电光非线性系数、较高的激光损伤阈值，另外还有激光倍频效应、电光效应、压电效应等多种特殊功能，广泛应用于惯性约束聚变工程（ICF）和电光开关器件中。因此，它的生长机理、生长工艺和性能得到了系统的研究。

在KDP晶体生长过程中发现，生长溶液的稳定性是影响晶体生长质量好坏的一个重要因素。因此，近几年有关研究溶液稳定性越来越多，如研究pH值、掺杂、过饱和度、过热时间等对溶液稳定性的影响。其中，有关掺杂的研究报道居多，这方面的研究主要集中在两个方面，一方面是掺杂下溶液稳定性的研究，另一方面是掺杂对晶体光学质量影响的研究。其实，生长溶液稳定性与晶体生长质量的好坏有直接的关系，但现有的研究把这两者孤立起来研究。因此，本课题将进行在双掺杂情况下KDP溶液稳定性、KDP晶体生长及晶体光学质量测定等实验，并深入分析掺杂影响溶液稳定性及晶体光学质量的原因，同时对溶液稳定性及晶体光学质量的关系进行了简要分析。主要内容为：

① 实验测定不同双掺杂（EDTA钾盐和KCl）浓度下KDP的溶解度曲线及溶液稳定性的表征（诱导期及亚稳区）。发现随双掺杂浓度增大，KDP晶体的溶解度会明显减小，同时溶液的亚稳区宽度变大，过饱和溶液诱导期也相应增大、溶液稳定性得到提高。

② 将①中的实验结果与经典成核理论相结合，计算一些成核参数，对溶液成核进行了深入的研究。分析表明：当KDP溶液过饱和比S≥1.15时，成核方式为均匀成核，S<1.15时，非均匀成核占主导地位。另外，通过表面熵因子的计算，发现在本实验条件下KDP晶体的微观生长机制为连续生长模式。

③ 进行了不同掺杂情况下KDP晶体的生长实验，并测定了KDP晶体（100）面的生长速度，分析了晶体（100）面的生长速度与不同过饱和度、不同掺杂浓度的关系。最后结合晶体生长动力学分析了晶体（100）面的生长机制。研究发现，掺杂能适当提高KDP晶体（100）面的生长速度；同时，确定了KDP晶体（100）面的生长机制为二维成核生长机制；通过结晶动力学分析可知掺杂在一定程度下能提高（100）面的生长速度，这与实验结果符合。

④ 利用化学腐蚀法对不同掺杂条件下生长出来的KDP晶体（100）进行了腐蚀，得到位错蚀坑，并用光学显微镜观察了晶体表面的位错蚀坑的分布情况，分析了位错与溶液稳定性的关系。结果分析表明：位错密度随过饱和度增加而增大；而且当过饱和度为4%、掺杂浓度为0.01%molEDTA和1%molKCl时，不仅KDP过饱和溶液的稳定性比较高，而且位错蚀坑的分布比较均匀、密度小，适合高质量的KDP晶体生长。

关键词：KDP晶体，双掺杂，稳定性，成核，位错密度

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